UNIDAD 5 – Subunidad: CONTROL DIGITAL

Presentación del tema: "UNIDAD 5 – Subunidad: CONTROL DIGITAL"— Transcripción de la presentación:

1 UNIDAD 5 – Subunidad: CONTROL DIGITAL

2 Temas Introductorios: -El lazo de control -Sensores y transmisores
-Controladores electrónicos -Válvulas neumáticas y eléctricas -Control Todo-Nada (on-off) -Modos de control (PID) -Características, aplicaciones Principal: - El controlador PID digital

3 Sistema de control realimentado (feedback)
Condición controlada Variable manipulada Señal de salida Señal de entrada Valor deseado Válvula Actuador Controlador Proceso Sensor

4 Elementos principales de un lazo de control
Sensores / trasmisores Controladores Válvulas de control

5 Sensores y Transmisores
Sensores y transmisores de presión y temperatura

6 Válvula de Control Neumática de dos vías de acción inversa
Movimiento al aumentar la presión de aire Entrada de aire Acción inversa- Normal cerrada

7 Válvula de Control Neumática de dos vías de acción directa
Entrada de aire Movimiento al aumentar la presión de aire Acción directa - normal abierta

8 Control de temperatura
Válvula con actuador y posicionador Controlador digital Pt 100

9 Control de caudal

10 Controladores digitales

11 Control Todo - Nada (On-Off)
Válvulas actuadas a pistón Válvulas esféricas actuadas Válvulas mariposa actuadas (No usar en vapor)

12 Algoritmo de control P+I+D

13 Control Continuo (Modulante)
Modos de control : Proporcional (P) Integral (I) Derivativo (D)

14 Características de los Modos de Control

15 Aportes de cada acción de control
Repentino cambio de carga (disturbio o perturbación) Gran desvio inicial con offset permanente Carga Desvio (o error) Set Point Tiempo P Desvio Offset P + I P + D P + I + D Gran desvio inicial sin offset posterior Pequeño desvio inicial con offset permanente. Pequeño desvio inicial sin offset posterior Set Point Set Point

16 Banda Proporcional p - Reacción a los cambios de carga
Temperatura (u otra variable industrial) Set Point A-Muy ancha Estable pero gran offset C-Correcta B-Muy angosta Poco offset pero inestable Tiempo

17 Tiempo Integral Reacción a los cambios de carga
Temperatura Set Point Tiempo A-Demasiado corto Muchas oscilaciones Correcto B-Muy largoTarda mucho en alcanzar el set point

18 Tiempo Derivativo Reacción al cambio de Carga
Temperatura Set Point Tiempo B-Demasiado corto Respuesta lenta A-Demasiado largo Respuesta rápida. Inestable C-Correcto

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21 INSTRUMENTOS y SEÑALES Transmisor: asociado a un transductor, que sensa la variable de interés, produce una salida en corriente (4 a 20 mA o un protocolo industrial) para ser controlada y/o indicada. Controlador: Compara la variable controlada proveniente de un transmisor con un valor deseado y de producirse un error este actúa sobre el algoritmo P+I+D produciendo una salida que ejerce una acción correctiva de acuerdo con la desviación. Convertidor: recibe una señal de entrada en corriente de 4-20 mA procedente de un controlador y la convierte a una señal neumática de salida estándar de 3 a 15 psig que va la servoactuador neumático de la válvula de control. Se les denomina convertidor I/P ; entrada de corriente / salida neumática. Elemento final de control: Recibe la señal del controlador y modifica la variable manipulada. Receptores: Reciben señales procedentes de los transmisores y las indican o registran.

22 Señales de transmisión Actualmente se usan tres tipos principales de señales en la industria de procesos: Señal neumática: o de presión de aire, normalmente abarca entre 3 y 15 psig. Su representación en los diagramas es : Señal eléctrica: normalmente toma valores entre 4y 20 mA. Su representación es :

23 Señal digital o discreta: Protocolos industriales de comunicación entre computadores, como lo pueden ser los transmisores, controladores, receptores, válvulas de control, variadores de velocidad de motores trifásicos jaula de ardilla. Fieldbus, Profibus, entre otros Se representa como una continuidad de líneas y círculos: -o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o

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25 Veremos más adelante que el programa principal usa una subrutina llamada ADC, como resultado de ello se obtiene el error digitalizado. Así mismo, la salida digitalizada del programa principal o bloque PID es entregada a una subrutina DAC que utilizando un conversor digital - analógico entrega una salida que en combinación con un “holder” o mantenedor de señal , colocan una señal continua en 4-20 mA para ir a un convertidor I/P o a la entrada de un variador de frecuencia.

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29 Funciones de transferencias en lazos continuos y muestreados

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32 Sistema muestreado (variable z)

33 CONTROL EN TIEMPO REAL Si es relevante para nuestros propósitos notar el Ts o tiempo de muestreo (time sample) ya que el desempeño de los lazos de control están estrechamente ligados a la variación de la velocidad de los cambios de las variables a controlar, mientras más rápidos sean los procesos, menor debe ser el Ts, caso contrario no se podría hacer CONTROL en TIEMPO REAL.

34 Elementos de software A los efectos de analizar el software es conveniente recordar algunos métodos numéricos, a partir del mismo algoritmo PID en el dominio del tiempo, representado arriba en el siguiente orden: primero la función derivativa,segunda la proporcional y finalmente la integral.

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36 Si asumimos que t es igual al Ts y que la variable s es igual a sumatoria  de los errores de la función integral y si finalmente hacemos:   ·        Kp=Kc ·        Ki=Kc.Ts/Ti ·        Kd=Kc.Td/Ts   Donde:   ·        Ts= ΔT ·        Sn=Sn-1+en   Se tiene que:       Siendo esta última expresión la digitalizada del algoritmo PID y que analizaremos mediante un diagrama de flujo, al que después le agregaremos subrutinas a fin de comprender las prestaciones más comunes de un controlador digital.

37 Nota 1: Para sólo acción P
Nota 2: filtro (por soft o por hardware) para la acción derivativa (acción o modo de control de excepción)

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43 Evitando la saturación integral (wind up)
Sin limitación de la acción integral Con limitación de la acción integral

44 S=S+en Si S>Smax No S=Smax Si S<Smax No S=Smin mn=Kp*en

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